CN111564942A - 笼型感应电动机以及笼型转子 - Google Patents

Abstract

本发明的笼型感应电动机中抑制导条的发热。笼型感应电动机具备：转子，具有沿轴向延伸被支承为能够旋转的转子轴、安装于转子轴的径向外侧的转子铁心(100)、以及沿周向相互隔开间隔地配置且贯通转子铁心(100)的多个导条(50)；定子，具有配置于转子铁心(100)的径向外侧的定子铁心与沿轴向贯通定子铁心的定子绕组；以及两个轴承，隔着转子铁心(100)在转子轴的轴向的两侧将转子轴支承为能够旋转。多个导条(50)各自的转子铁心(100)内的径向外侧部分随着从径向外侧部分(51)向径向内侧而周向的宽度单调地增大。

Description

笼型感应电动机以及笼型转子

技术领域

本发明涉及笼型感应电动机以及笼型转子。

背景技术

在笼型感应电动机中，通常，在启动时流经转子的导条的电流成为额定电流的数倍。因此，导条的发热所引起的温度上升成为问题。

为了抑制启动时的电流，并且确保启动转矩，已知有在径向的外侧与内侧分别设置插槽的双重笼型的感应电动机、或者使用在径向上较深地形成有插槽的深槽笼型的感应电动机的方法(参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开昭57－170650号公报

专利文献2：日本实开昭58－103561号公报

发明内容

发明将要解决的课题

在双重笼型的感应电动机以及深槽笼型的感应电动机的任一种中，通常都在在导条中有径向外侧的部分与径向内侧的部分，且使径向外侧的部分的电阻大于径向内侧的部分的电阻。

在电动机启动时，次级侧的频率较高，因此与额定旋转时相比，集肤效应更大。因此，导条的电流主要通过径向外侧的部分。其结果，导条的电流被抑制为较低。

然而，即使在导条的电流流经电阻较大的径向外侧的部分的状态下，也有发热成为问题的情况。根据情况的不同，也存在由于该发热引起的温度上升而产生导条的变形、缺损等的可能性。

因此，本发明的目的在于，在笼型感应电动机中抑制导条的发热。

用于解决课题的手段

为了实现上述的目的，本发明的笼型感应电动机的特征在于，具备：转子，具有沿轴向延伸且被支承为能够旋转的转子轴、安装于所述转子轴的径向外侧的转子铁心、以及沿周向相互隔开间隔地配置且贯通所述转子铁心的多个导条；定子，具有配置于所述转子铁心的径向外侧的定子铁心和沿轴向贯通所述定子铁心的定子绕组；以及两个轴承，隔着所述转子铁心在所述转子轴的轴向的两侧将所述转子轴支承为能够旋转，所述多个导条各自的所述转子铁心内的径向外侧部分，随着从径向外侧部分向径向内侧而周向的宽度单调地增大。

另外，本发明的笼型转子的特征在于，具备：转子轴，沿轴向延伸并被支承为能够旋转；转子铁心，安装于所述转子轴的径向外侧；以及多个导条，在周向上相互隔开间隔地配置，并贯通所述转子铁心，所述多个导条各自的所述转子铁心内的径向外侧部分随着从径向外侧部分向径向内侧而周向的宽度单调地增大。

发明效果

根据本发明，在笼型感应电动机中，能够抑制导条的发热。

附图说明

图1是表示第一实施方式的笼型感应电动机的构成的纵截面图。

图2是表示构成第一实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的电磁钢板的主视图。

图3是表示第一实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的插槽部以及导条的局部横截面图。

图4是用于说明第一实施方式的笼型感应电动机的作用的次级侧的等效电路图。

图5是表示说明第一实施方式的笼型感应电动机的作用的旋转速度－转矩特性曲线的图。

图6是表示第二实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的插槽部以及导条的局部横截面图。

图7是表示第三实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的插槽部以及导条的局部横截面图。

图8是表示第四实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的插槽部以及导条的局部横截面图。

图9是表示第五实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的插槽部以及导条的局部横截面图。

附图标记说明

10…转子，11…转子轴，18…空隙，20…定子，21…定子铁心，22…定子绕组，30…轴承，40…框架，45…轴承托架，50、50a、50b…导条，51、51a、51b…径向外侧部分，51c…前端部，52、52a、52b…径向内侧部分，53、53a…连结部，55…短路环，59…笼型导体，100…转子铁心，100a…转子插槽，100b…外侧开口，101…外表面，110…电磁钢板，110a…开口，110b…外缘，111…插槽用缺口，112…外侧缺口，200…笼型感应电动机

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的笼型感应电动机以及笼型转子进行说明。这里，对彼此相同或者类似的部分标注共用的附图标记并省略重复说明。

[第一实施方式]

图1是表示第一实施方式的笼型感应电动机的构成的纵截面图。

笼型感应电动机200具有转子10、定子20、两个轴承30、框架40以及两个轴承托架45。

转子10具有沿长度方向延伸的转子轴11、安装于转子轴11的径向外侧的圆筒状的转子铁心100、以及贯通转子铁心100的笼型导体59。转子铁心100安装于转子轴11的径向外侧。转子轴11在隔着转子铁心100的两侧分别被轴承30支承为能够旋转。

笼型导体59具有多个导条50和两个短路环55。多个导条50在周向相互隔开间隔地配置并贯通转子铁心100。短路环55配置于转子铁心100的轴向的两外侧，与多个导条50分别结合，将导条50相互电结合。

定子20具有定子铁心21以及定子绕组22。定子铁心21为圆筒形状，经由空隙18配置于转子铁心100的径向的外侧。定子绕组22贯通定子铁心21内。

框架40配置于转子铁心100以及定子20的径向外侧，对它们进行收纳。在框架40的两端部安装有轴承托架45。各个轴承托架45将轴承30静止支承。

图2是表示构成第一实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的电磁钢板的主视图。转子铁心100具有沿轴向层叠的多个电磁钢板110。

各个电磁钢板110是在中央形成有供转子轴11贯通的开口110a的圆板。在电磁钢板110的径向的外缘110b的内侧沿周向相互隔开间隔地形成有多个插槽用缺口111。

各个插槽用缺口111利用形成于电磁钢板110的外缘110b的外侧缺口112而与径向外侧连通。

图3是表示第一实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的插槽部以及导条的局部横截面图。

通过层叠电磁钢板110，利用形成于电磁钢板110的插槽用缺口111以及外侧缺口112，在转子铁心100分别形成转子插槽100a以及径向的长度L1的外侧开口100b。

在各个转子插槽100a设有与转子插槽100a的形状对应的形状的导条50。反过来说，在转子铁心100形成有与导条50的形状对应的导条50的贯通用的转子插槽100a。各个导条50在从转子铁心100的轴向的一方的端部插入之后，两侧被连接于短路环55。

导条50的截面为整体以高度方向为径向的梯形的、缺少高度方向的中间的单侧的形状。详细而言，具有径向外侧部分51、径向内侧部分52、以及连结部53。

径向外侧部分51是以高度方向为径向的梯形，径向内侧的底边比径向外侧的上边长。径向内侧部分52在径向外侧部分51的径向的内侧配置成与径向外侧部分51类似的形状，上边以及底边比径向外侧部分51长。

连结部53将径向外侧部分51与径向内侧部分52之间连结。连结部53被配置为其一边将径向外侧部分51以及径向内侧部分52各自的斜边之间连接。在图3中，示出了连结部53的一边、径向外侧部分51的斜边以及径向内侧部分52的斜边形成在同一直线上的情况，但并不限定于此。也可以是分别不在同一直线上、方位不同的情况。

如此，径向外侧部分51以及径向内侧部分52分别为越向径向的外侧、周向的宽度越小那样的形状。另外，径向外侧部分51的长度方向即与旋转轴方向垂直的横截面的截面面积比径向内侧部分52的横截面的截面面积小。因而，径向外侧部分51与径向内侧部分52相比具有更大的电阻。

另外，连结部53具有足以在启动时使热量从成为高温的径向外侧部分51向径向内侧部分52移动的截面面积或者周向的宽度。

转子插槽100a的形状具有与导条50的形状对应的形状。在尺寸上形成为插入导条50且导条50的外表面大致紧贴于转子插槽100a的内表面。

转子插槽100a与转子铁心100的径向的外侧表面即外表面101利用外侧开口100b连通。

以下说明如以上那样构成的本实施方式的笼型感应电动机200的作用。

图4是用于说明第一实施方式的笼型感应电动机的作用的次级侧的等效电路图。次级侧是闭合电路，由在次级侧产生的电压E₂所对应的电源、与其以串联的方式配置的次级侧的电阻r₂、以及次级侧的电抗x₂构成。滑移(英文：slip)s中的次级侧的等价电阻是r₂/s。这里，若将额定旋转速度设为n₀，则旋转速度n时的滑移s由s＝(n₀－n)/n₀定义。

此时，次级侧的电流I₂以及转矩T分别由下式(1)、(2)获得：

I₂＝E₂/√[(r₂/s)²+(x₂)²]···(1)

T＝K·s(E₂)²r₂/[(r₂)²+(sx₂)²]···(2)

特别是，在启动时，s＝1，因此启动电流I2s与启动转矩Ts分别由下式(3)、(4)获得。其中，K是考虑到机械损耗的常数。

I₂s＝E₂/√[(r₂)²+(x₂)²]···(3)

Ts＝K·(E₂)²r₂/[(r₂)²+(x₂)²]···(4)

图5是表示说明第一实施方式的笼型感应电动机的作用的旋转速度－转矩特性曲线的图。横轴是旋转速度n，n₀是额定旋转速度。纵轴是转矩T。

曲线A1是次级侧的电阻r₂为r₂₁时的旋转速度－转矩特性，曲线A2是次级侧的电阻r₂为r₂₂时的旋转速度－转矩特性，示出r₂₂＞r₂₁的情况。现在，表示为r₂₂＝k·r₂₁。其中，k是比1大的数。

如图5所示，在次级侧的电阻为r₂₂的情况下、即次级侧电阻为r₂₁的k倍的情况下，根据比例推移，成为使次级侧的电阻为r₂₁时的旋转速度－转矩特性曲线A1以额定速度n₀即s＝0为起点向s变大的方向k倍后的旋转速度－转矩特性曲线A2。

一般来说，感应电动机的旋转速度－转矩特性为若从启动时(n＝0)起增大n、则朝向峰值单调地增加。因而，旋转速度－转矩特性曲线A2中的启动转矩T2比旋转速度－转矩特性曲线A1中的启动转矩T1大。

虽然省略详细内容，次级侧的电阻r₂₂(＝k·r₂₁)的情况下的启动电流比次级侧的电阻r₂₁的情况下的启动电流小。

在本第一实施方式中，在启动时，基于定子绕组22的旋转磁场与转子10的相对速度较大。即，导条50所处的磁场的频率较大。其结果，流经导条50的感应电流的频率较大。因而，在集肤效应下，流经导条50的电流偏向导条50的径向外侧的部分。

作为导条50的径向外侧的部分的径向外侧部分51越向径向外侧、周向的宽度越小。即，在启动时，导条50中的启动电流所流过的部分的截面面积较小，因而，电阻较大。其结果，如引用图4以及图5说明过的那样，能够抑制启动电流，并且确保较大的启动转矩。

另一方面，如果处于额定状态，则电流也会流过导条50的径向内侧部分52，能够确保足够的截面面积并减少导条50的电阻值，抑制额定运转时的铜损。

另外，在启动时，在径向外侧部分51产生的热量经由连结部53通过热传导而移至径向内侧部分52。径向内侧部分52与径向外侧部分51相比具有充分大的热容量，因此温度上升得以抑制。热量在连结部53中传导时的通过截面积充分大，导条50中的温度分布也几乎不产生。

如以上那样，在本实施方式的笼型感应电动机200中，能够抑制导条50的发热。

[第二实施方式]

图6是表示第二实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的插槽部以及导条的局部横截面图。

本第二实施方式是第一实施方式的变形。本第二实施方式中的转子铁心100具有与第一实施方式不同的形状的转子插槽100a以及导条50。在其它方面，与第一实施方式相同。

在本第二实施方式中，连结部53a的周向的位置配置于径向外侧部分51以及径向内侧部分52的周向的中央。

通过如此构成，在电磁钢板的制造方面，不再有表背的区别，可减少管理上的负担。另外，在组装时，也无需管理导条50的方向的区别，可减少负担。而且，在设计上，导条50的形状的选择宽度扩大。

[第三实施方式]

图7是表示第三实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的插槽部以及导条的局部横截面图。

本第三实施方式是第一实施方式的变形。在本第三实施方式中，未形成有第一实施方式中形成于转子铁心100的外侧开口100b。

在导条50中的发热不大、为不需要从外侧开口的散热的程度的情况下，能够采用这种构成。其结果，能够使用于克服导条50的离心力的导条50与外表面101之间的间隔L2小于第一实施方式中的长度L1。其结果，定子绕组22与导条50的间隔减少，磁结合力增大，因此也有助于效率提高。

[第四实施方式]

图8是表示第四实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的插槽部以及导条的局部横截面图。

本第四实施方式是第一实施方式的变形。本第四实施方式中的转子铁心100具有与第一实施方式不同的形状的转子插槽100a以及导条50a。在其它方面，与第一实施方式相同。

本实施方式中的导条50a的径向外侧部分51a与径向内侧部分52a的截面形状整体为梯形。或者，也可以对其视为第一实施方式中的连结部53的形状为梯形。

在如此形成的本第四实施方式中，导条50a是单纯的形状，因此导条50a以及电磁钢板110的制作上的加工或者管理上的负担得以减轻。

[第五实施方式]

图9是表示第五实施方式的笼型感应电动机的转子铁心的插槽部以及导条的局部横截面图。

本第五实施方式是第四实施方式的变形。本第五实施方式中的转子铁心100具有与第四实施方式不同的形状的转子插槽100a以及导条50b。在其它方面，与第四实施方式相同。

第四实施方式中的导条50a在截面形状中随着从径向外侧向内侧而周向的宽度线性增大。

另一方面，本第五实施方式中的导条50b是在径向外侧部分51b以及径向内侧部分52b的每一个以及径向外侧部分51b与径向内侧部分52b的相互之间随着从径向外侧向内侧而周向的宽度比线性更扩大的形状。反过来说，随着向径向外侧去，周向的宽度以线性减少以上的程度而减少。另外，前端部51c被形成为不呈锐角而是带有某种曲率的圆角。

在如此形成的本实施方式中，能够进一步缩窄导条50b中的启动时的电流的通路，能够进一步提高减少启动电流以及确保启动转矩的效果。

[其他实施方式]

以上，说明了本发明的实施方式，但实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。例如，在实施方式中，以转子轴11沿水平方向延伸的卧式的旋转电机的情况为例进行表示，但并不限定于此。也可以是转子轴沿铅垂方向延伸的立式的笼型感应电动机。

另外，也可以组合各实施方式的特征。而且，实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。实施方式、其变形包含在发明的范围、主旨中，同样包含在权利要求书所记载的发明与其等效的范围内。

Claims (4)

1.一种笼型感应电动机，其特征在于，具备：

转子，具有沿轴向延伸且被支承为能够旋转的转子轴、安装于所述转子轴的径向外侧的转子铁心、以及沿周向相互隔开间隔地配置且贯通所述转子铁心的多个导条；

定子，具有配置于所述转子铁心的径向外侧的定子铁心和沿轴向贯通所述定子铁心的定子绕组；以及

两个轴承，隔着所述转子铁心在所述转子轴的轴向的两侧将所述转子轴支承为能够旋转，

所述多个导条各自的所述转子铁心内的径向外侧部分，随着从径向外侧部分向径向内侧而周向的宽度单调地增大。

2.根据权利要求1所述的笼型感应电动机，其特征在于，

所述多个导条分别还具有：

径向内侧部分，配置于所述径向外侧部分的径向的内侧，且与长度方向垂直的横截面的面积大于所述径向外侧部分的与长度方向垂直的横截面的面积；以及

连结部，将所述径向内侧部分与所述径向外侧部分之间热连结。

3.根据权利要求1或2所述的笼型感应电动机，其特征在于，

用于供所述导条贯通而形成于所述转子铁心的转子插槽经由外侧开口与所述转子铁心的径向的外侧表面相连通。

4.一种笼型转子，其特征在于，具备：

转子轴，沿轴向延伸并被支承为能够旋转；

转子铁心，安装于所述转子轴的径向外侧；以及

多个导条，在周向上相互隔开间隔地配置，并贯通所述转子铁心，

所述多个导条各自的所述转子铁心内的径向外侧部分随着从径向外侧部分向径向内侧而周向的宽度单调地增大。

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